专利名称：黑硅材料与金属电极之间欧姆接触的判定与测试方法
黑硅材料与金属电极之间欧姆接触的判定与测试方法技术领域
本发明属于半导体光电子材料与器件技术领域，特别涉及黑硅材料与金属电极之间欧姆接触的判定与测试方法。
背景技术：
黑硅是哈佛大学Mazur教授研究组利用飞秒激光在一定气体环境下照射单晶硅片表面时得到的一种硅材料。所得的黑硅材料表面包含准规则排列的微米量级的锥状结构，并具有高浓度硫族(氧族)原子掺杂层。实验证明，黑硅材料对250 2500nm波长的光几乎全部吸收，同时它对入射光极其敏感，与基于传统硅晶片制作的光电探测器相比，黑硅晶片对光的敏感度可提升100 500倍，且对近红外光具有良好的响应。这些优点使得黑硅材料在硅光电探测器及太阳能电池等领域具有重要的应用价值。
在半导体科学中，不论是对半导体物理和对材料性能的研究，还是半导体器件的制造，总需要有金属与半导体相接触，这是必不可少的。金属与半导体接触可以分为两类 一类是整流接触，这类接触正向与反向的“电流-电压”呈非线性关系；另一类是在正反两个方向上都有线性“电流-电压”特性的欧姆接触。由于不良的电接触会引起大的肖特基势垒高度，产生很大的接触电阻，使得半导体器件的“电流-电压”特性不是由半导体材料本身的电阻确定，而是由半导体材料与金属电极的接触类型确定。通常半导体器件和用来测试半导体参数的样品都要求用欧姆接触来连接。欧姆接触质量的好坏，接触电阻的大小直接影响到器件的效率、增益和开关速度等性能指标。
衡量欧姆接触质量的一个非常重要的参数就是比接触电阻P。，它是器件化应用中关键的参考依据，传输线模型法(TLM法)，以其理论成熟、测试方便而且可以比较准确的求出金属-半导体接触的比接触电阻和半导体的面电阻等优点，成为目前普遍采用的测试方法，如
图1所示。首先，在待测薄膜8上制备间距不同的条形电极(如1、2、3、4、5)，每个电极的长为L，宽为W。然后，分别在两不同间距dn的条形电极之间通电流或电压，并求得总电阻Rm，这可由下式表示
权利要求
1.黑硅材料与金属电极之间欧姆接触的判定与测试方法，包括以下步骤步骤1 在黑硅材料(8)表面沉积三个大小相同、间距相等的方形金属电极(1 3)，同时在与黑硅材料(8)接触的单晶硅(9)背面沉积金属对电极(10)；步骤2 用半导体参数测试仪(1 在黑硅材料(8)表面任意相邻的两个方形金属电极之间施加一个正向电压偏置U+ ；同时用可变电压源(11)在黑硅材料(8)表面余下的一个方形金属电极与金属对电极(10)之间施加一个反向电压偏置U_;步骤3 逐渐增加反向电压偏置IL的大小，能够观察到随着反向电压偏置IL的增大，正向电压偏置U+对应的黑硅材料(8)表面两个方形金属电极之间的电流逐渐减小，并最终达到一个稳定值；此时黑硅/单晶硅异质结完全反偏，此时的反向电压值为完全反偏电压值； 记录下此时半导体参数测试仪(1 的电压、电流值和完全反偏电压值；步骤4 在如步骤2中所述反向电压偏置IL不低于步骤3中所述完全反偏电压值，即保证黑硅/单晶硅异质结完全反偏的条件下，改变如步骤2中所述正向电压偏置U+的大小，并记录黑硅材料(8)表面任意相邻的两个方形金属电极在不同正向电压偏置U+下的电流值； 步骤5 根据步骤4记录的黑硅材料(8)表面任意相邻的两个方形金属电极在不同正向电压偏置U+下的电流值，得到金属/黑硅的I-V特性曲线并根据此I-V特性曲线判定黑硅材料与金属电极之间的接触类型若金属/黑硅的I-V特性曲线为直线，则黑硅材料与金属电极之间的接触类型为欧姆接触；若金属/黑硅的I-V特性曲线为曲线，则黑硅材料与金属电极之间的接触类型为整流接触。
2.欧姆接触的黑硅材料与金属电极之间的比接触电阻的测试方法，包括以下步骤 步骤1 在在黑硅材料(8)表面沉积六个大小相同、间距依次增加的条形金属电极(1 6)，同时在与黑硅材料(8)接触的单晶硅(9)背面沉积金属对电极(10)；步骤2:用可变电压源在黑硅材料(8)表面的第一条形金属电极(1)与金属对电极 (10)之间施加一个反向电压偏置U_;同时用半导体参数测试仪(1 在黑硅材料(8)表面余下的任意相邻的两个条形金属电极之间施加一个正向电压偏置U+ ；步骤3 逐渐增加反向电压偏置IL的大小，能够观察到随着反向电压偏置IL的增大，正向电压偏置U+对应的黑硅材料(8)表面余下任意两个条形金属电极之间的电流逐渐减小， 并最终达到一个稳定值；此时黑硅/单晶硅异质结完全反偏，此时的反向电压值为完全反偏电压值；步骤4 在如步骤2中所述反向电压偏置IL不低于步骤3中所述完全反偏电压值，即保证黑硅/单晶硅异质结完全反偏的条件下，用半导体参数测试仪(1 在黑硅材料(8)表面余下任意两个不同间距的条形金属电极之间施加恒定的正向电压偏置，并测出电流强度， 从而求得不同间隔的电极之间的总电阻Rm ；步骤5 作出总电阻Rm与不同电极间距《之间的函数关系直线，根据传输线模型法中的计算公式
全文摘要
黑硅材料与金属电极之间欧姆接触的判定与测试方法，属于半导体光电子材料与器件技术领域。本发明的方案要点为1、通过带反向电压偏置的三电极横向测试装置，直接测试金属/黑硅材料的I-V特性曲线，判定黑硅材料与金属电极之间的接触类型。2、用带反向电压偏置的传输线模型法(TLM法)对黑硅材料的欧姆接触进行测试，得出其比接触电阻。本发明解决了传统的金属/黑硅/单晶硅三明治结构中黑硅/单晶硅异质结对黑硅材料欧姆接触的判定和测试造成的影响，能精确测试金属/黑硅的比接触电阻值。
文档编号G01R27/14GK102565600SQ20121003916
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者何敏, 吴志明, 李世彬, 李伟, 李雨励, 蒋亚东, 赵国栋 申请人:电子科技大学